sys/vm/vm_pager.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: (BSD-3-Clause AND MIT-CMU)
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      from: @(#)vm_pager.c    8.6 (Berkeley) 1/12/94
  35  *
  36  *
  37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  38  * All rights reserved.
  39  *
  40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  41  *
  42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  47  *
  48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  51  *
  52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  53  *
  54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  55  *  School of Computer Science
  56  *  Carnegie Mellon University
  57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  58  *
  59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  60  * rights to redistribute these changes.
  61  */
  62
  63 /*
  64  *      Paging space routine stubs.  Emulates a matchmaker-like interface
  65  *      for builtin pagers.
  66  */
  67
  68 #include <sys/cdefs.h>
  69 __FBSDID("$FreeBSD$");
  70
  71 #include "opt_param.h"
  72
  73 #include <sys/param.h>
  74 #include <sys/systm.h>
  75 #include <sys/kernel.h>
  76 #include <sys/vnode.h>
  77 #include <sys/bio.h>
  78 #include <sys/buf.h>
  79 #include <sys/ucred.h>
  80 #include <sys/malloc.h>
  81 #include <sys/rwlock.h>
  82 #include <sys/user.h>
  83
  84 #include <vm/vm.h>
  85 #include <vm/vm_param.h>
  86 #include <vm/vm_kern.h>
  87 #include <vm/vm_object.h>
  88 #include <vm/vm_page.h>
  89 #include <vm/vm_pager.h>
  90 #include <vm/vm_extern.h>
  91 #include <vm/uma.h>
  92
  93 uma_zone_t pbuf_zone;
  94 static int      pbuf_init(void *, int, int);
  95 static int      pbuf_ctor(void *, int, void *, int);
  96 static void     pbuf_dtor(void *, int, void *);
  97
  98 static int dead_pager_getpages(vm_object_t, vm_page_t *, int, int *, int *);
  99 static vm_object_t dead_pager_alloc(void *, vm_ooffset_t, vm_prot_t,
 100     vm_ooffset_t, struct ucred *);
 101 static void dead_pager_putpages(vm_object_t, vm_page_t *, int, int, int *);
 102 static boolean_t dead_pager_haspage(vm_object_t, vm_pindex_t, int *, int *);
 103 static void dead_pager_dealloc(vm_object_t);
 104 static void dead_pager_getvp(vm_object_t, struct vnode **, bool *);
 105
 106 static int
 107 dead_pager_getpages(vm_object_t obj, vm_page_t *ma, int count, int *rbehind,
 108     int *rahead)
 109 {
 110
 111         return (VM_PAGER_FAIL);
 112 }
 113
 114 static vm_object_t
 115 dead_pager_alloc(void *handle, vm_ooffset_t size, vm_prot_t prot,
 116     vm_ooffset_t off, struct ucred *cred)
 117 {
 118
 119         return (NULL);
 120 }
 121
 122 static void
 123 dead_pager_putpages(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count,
 124     int flags, int *rtvals)
 125 {
 126         int i;
 127
 128         for (i = 0; i < count; i++)
 129                 rtvals[i] = VM_PAGER_AGAIN;
 130 }
 131
 132 static int
 133 dead_pager_haspage(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int *prev, int *next)
 134 {
 135
 136         if (prev != NULL)
 137                 *prev = 0;
 138         if (next != NULL)
 139                 *next = 0;
 140         return (FALSE);
 141 }
 142
 143 static void
 144 dead_pager_dealloc(vm_object_t object)
 145 {
 146
 147 }
 148
 149 static void
 150 dead_pager_getvp(vm_object_t object, struct vnode **vpp, bool *vp_heldp)
 151 {
 152         /*
 153          * For OBJT_DEAD objects, v_writecount was handled in
 154          * vnode_pager_dealloc().
 155          */
 156 }
 157
 158 static const struct pagerops deadpagerops = {
 159         .pgo_kvme_type = KVME_TYPE_DEAD,
 160         .pgo_alloc =    dead_pager_alloc,
 161         .pgo_dealloc =  dead_pager_dealloc,
 162         .pgo_getpages = dead_pager_getpages,
 163         .pgo_putpages = dead_pager_putpages,
 164         .pgo_haspage =  dead_pager_haspage,
 165         .pgo_getvp =    dead_pager_getvp,
 166 };
 167
 168 const struct pagerops *pagertab[16] __read_mostly = {
 169         [OBJT_DEFAULT] =        &defaultpagerops,
 170         [OBJT_SWAP] =           &swappagerops,
 171         [OBJT_VNODE] =          &vnodepagerops,
 172         [OBJT_DEVICE] =         &devicepagerops,
 173         [OBJT_PHYS] =           &physpagerops,
 174         [OBJT_DEAD] =           &deadpagerops,
 175         [OBJT_SG] =             &sgpagerops,
 176         [OBJT_MGTDEVICE] =      &mgtdevicepagerops,
 177 };
 178 static struct mtx pagertab_lock;
 179
 180 void
 181 vm_pager_init(void)
 182 {
 183         const struct pagerops **pgops;
 184         int i;
 185
 186         mtx_init(&pagertab_lock, "dynpag", NULL, MTX_DEF);
 187
 188         /*
 189          * Initialize known pagers
 190          */
 191         for (i = 0; i < OBJT_FIRST_DYN; i++) {
 192                 pgops = &pagertab[i];
 193                 if ((*pgops)->pgo_init != NULL)
 194                         (*(*pgops)->pgo_init)();
 195         }
 196 }
 197
 198 static int nswbuf_max;
 199
 200 void
 201 vm_pager_bufferinit(void)
 202 {
 203
 204         /* Main zone for paging bufs. */
 205         pbuf_zone = uma_zcreate("pbuf",
 206             sizeof(struct buf) + PBUF_PAGES * sizeof(vm_page_t),
 207             pbuf_ctor, pbuf_dtor, pbuf_init, NULL, UMA_ALIGN_CACHE,
 208             UMA_ZONE_NOFREE);
 209         /* Few systems may still use this zone directly, so it needs a limit. */
 210         nswbuf_max += uma_zone_set_max(pbuf_zone, NSWBUF_MIN);
 211 }
 212
 213 uma_zone_t
 214 pbuf_zsecond_create(const char *name, int max)
 215 {
 216         uma_zone_t zone;
 217
 218         zone = uma_zsecond_create(name, pbuf_ctor, pbuf_dtor, NULL, NULL,
 219             pbuf_zone);
 220         /*
 221          * uma_prealloc() rounds up to items per slab. If we would prealloc
 222          * immediately on every pbuf_zsecond_create(), we may accumulate too
 223          * much of difference between hard limit and prealloced items, which
 224          * means wasted memory.
 225          */
 226         if (nswbuf_max > 0)
 227                 nswbuf_max += uma_zone_set_max(zone, max);
 228         else
 229                 uma_prealloc(pbuf_zone, uma_zone_set_max(zone, max));
 230
 231         return (zone);
 232 }
 233
 234 static void
 235 pbuf_prealloc(void *arg __unused)
 236 {
 237
 238         uma_prealloc(pbuf_zone, nswbuf_max);
 239         nswbuf_max = -1;
 240 }
 241
 242 SYSINIT(pbuf, SI_SUB_KTHREAD_BUF, SI_ORDER_ANY, pbuf_prealloc, NULL);
 243
 244 /*
 245  * Allocate an instance of a pager of the given type.
 246  * Size, protection and offset parameters are passed in for pagers that
 247  * need to perform page-level validation (e.g. the device pager).
 248  */
 249 vm_object_t
 250 vm_pager_allocate(objtype_t type, void *handle, vm_ooffset_t size,
 251     vm_prot_t prot, vm_ooffset_t off, struct ucred *cred)
 252 {
 253         MPASS(type < nitems(pagertab));
 254
 255         return ((*pagertab[type]->pgo_alloc)(handle, size, prot, off, cred));
 256 }
 257
 258 /*
 259  *      The object must be locked.
 260  */
 261 void
 262 vm_pager_deallocate(vm_object_t object)
 263 {
 264
 265         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 266         MPASS(object->type < nitems(pagertab));
 267         (*pagertab[object->type]->pgo_dealloc) (object);
 268 }
 269
 270 static void
 271 vm_pager_assert_in(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count)
 272 {
 273 #ifdef INVARIANTS
 274
 275         /*
 276          * All pages must be consecutive, busied, not mapped, not fully valid,
 277          * not dirty and belong to the proper object.  Some pages may be the
 278          * bogus page, but the first and last pages must be a real ones.
 279          */
 280
 281         VM_OBJECT_ASSERT_UNLOCKED(object);
 282         VM_OBJECT_ASSERT_PAGING(object);
 283         KASSERT(count > 0, ("%s: 0 count", __func__));
 284         for (int i = 0 ; i < count; i++) {
 285                 if (m[i] == bogus_page) {
 286                         KASSERT(i != 0 && i != count - 1,
 287                             ("%s: page %d is the bogus page", __func__, i));
 288                         continue;
 289                 }
 290                 vm_page_assert_xbusied(m[i]);
 291                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m[i]),
 292                     ("%s: page %p is mapped", __func__, m[i]));
 293                 KASSERT(m[i]->valid != VM_PAGE_BITS_ALL,
 294                     ("%s: request for a valid page %p", __func__, m[i]));
 295                 KASSERT(m[i]->dirty == 0,
 296                     ("%s: page %p is dirty", __func__, m[i]));
 297                 KASSERT(m[i]->object == object,
 298                     ("%s: wrong object %p/%p", __func__, object, m[i]->object));
 299                 KASSERT(m[i]->pindex == m[0]->pindex + i,
 300                     ("%s: page %p isn't consecutive", __func__, m[i]));
 301         }
 302 #endif
 303 }
 304
 305 /*
 306  * Page in the pages for the object using its associated pager.
 307  * The requested page must be fully valid on successful return.
 308  */
 309 int
 310 vm_pager_get_pages(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count, int *rbehind,
 311     int *rahead)
 312 {
 313 #ifdef INVARIANTS
 314         vm_pindex_t pindex = m[0]->pindex;
 315 #endif
 316         int r;
 317
 318         MPASS(object->type < nitems(pagertab));
 319         vm_pager_assert_in(object, m, count);
 320
 321         r = (*pagertab[object->type]->pgo_getpages)(object, m, count, rbehind,
 322             rahead);
 323         if (r != VM_PAGER_OK)
 324                 return (r);
 325
 326         for (int i = 0; i < count; i++) {
 327                 /*
 328                  * If pager has replaced a page, assert that it had
 329                  * updated the array.
 330                  */
 331 #ifdef INVARIANTS
 332                 KASSERT(m[i] == vm_page_relookup(object, pindex++),
 333                     ("%s: mismatch page %p pindex %ju", __func__,
 334                     m[i], (uintmax_t )pindex - 1));
 335 #endif
 336
 337                 /*
 338                  * Zero out partially filled data.
 339                  */
 340                 if (m[i]->valid != VM_PAGE_BITS_ALL)
 341                         vm_page_zero_invalid(m[i], TRUE);
 342         }
 343         return (VM_PAGER_OK);
 344 }
 345
 346 int
 347 vm_pager_get_pages_async(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count,
 348     int *rbehind, int *rahead, pgo_getpages_iodone_t iodone, void *arg)
 349 {
 350
 351         MPASS(object->type < nitems(pagertab));
 352         vm_pager_assert_in(object, m, count);
 353
 354         return ((*pagertab[object->type]->pgo_getpages_async)(object, m,
 355             count, rbehind, rahead, iodone, arg));
 356 }
 357
 358 /*
 359  * vm_pager_put_pages() - inline, see vm/vm_pager.h
 360  * vm_pager_has_page() - inline, see vm/vm_pager.h
 361  */
 362
 363 /*
 364  * Search the specified pager object list for an object with the
 365  * specified handle.  If an object with the specified handle is found,
 366  * increase its reference count and return it.  Otherwise, return NULL.
 367  *
 368  * The pager object list must be locked.
 369  */
 370 vm_object_t
 371 vm_pager_object_lookup(struct pagerlst *pg_list, void *handle)
 372 {
 373         vm_object_t object;
 374
 375         TAILQ_FOREACH(object, pg_list, pager_object_list) {
 376                 if (object->handle == handle) {
 377                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 378                         if ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0) {
 379                                 vm_object_reference_locked(object);
 380                                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 381                                 break;
 382                         }
 383                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 384                 }
 385         }
 386         return (object);
 387 }
 388
 389 int
 390 vm_pager_alloc_dyn_type(struct pagerops *ops, int base_type)
 391 {
 392         int res;
 393
 394         mtx_lock(&pagertab_lock);
 395         MPASS(base_type == -1 ||
 396             (base_type >= OBJT_DEFAULT && base_type < nitems(pagertab)));
 397         for (res = OBJT_FIRST_DYN; res < nitems(pagertab); res++) {
 398                 if (pagertab[res] == NULL)
 399                         break;
 400         }
 401         if (res == nitems(pagertab)) {
 402                 mtx_unlock(&pagertab_lock);
 403                 return (-1);
 404         }
 405         if (base_type != -1) {
 406                 MPASS(pagertab[base_type] != NULL);
 407 #define FIX(n)                                                          \
 408                 if (ops->pgo_##n == NULL)                               \
 409                         ops->pgo_##n = pagertab[base_type]->pgo_##n
 410                 FIX(init);
 411                 FIX(alloc);
 412                 FIX(dealloc);
 413                 FIX(getpages);
 414                 FIX(getpages_async);
 415                 FIX(putpages);
 416                 FIX(haspage);
 417                 FIX(populate);
 418                 FIX(pageunswapped);
 419                 FIX(update_writecount);
 420                 FIX(release_writecount);
 421                 FIX(set_writeable_dirty);
 422                 FIX(mightbedirty);
 423                 FIX(getvp);
 424                 FIX(freespace);
 425 #undef FIX
 426         }
 427         pagertab[res] = ops;    /* XXXKIB should be rel, but acq is too much */
 428         mtx_unlock(&pagertab_lock);
 429         return (res);
 430 }
 431
 432 void
 433 vm_pager_free_dyn_type(objtype_t type)
 434 {
 435         MPASS(type >= OBJT_FIRST_DYN && type < nitems(pagertab));
 436
 437         mtx_lock(&pagertab_lock);
 438         MPASS(pagertab[type] != NULL);
 439         pagertab[type] = NULL;
 440         mtx_unlock(&pagertab_lock);
 441 }
 442
 443 static int
 444 pbuf_ctor(void *mem, int size, void *arg, int flags)
 445 {
 446         struct buf *bp = mem;
 447
 448         bp->b_vp = NULL;
 449         bp->b_bufobj = NULL;
 450
 451         /* copied from initpbuf() */
 452         bp->b_rcred = NOCRED;
 453         bp->b_wcred = NOCRED;
 454         bp->b_qindex = 0;       /* On no queue (QUEUE_NONE) */
 455         bp->b_data = bp->b_kvabase;
 456         bp->b_xflags = 0;
 457         bp->b_flags = B_MAXPHYS;
 458         bp->b_ioflags = 0;
 459         bp->b_iodone = NULL;
 460         bp->b_error = 0;
 461         BUF_LOCK(bp, LK_EXCLUSIVE, NULL);
 462
 463         return (0);
 464 }
 465
 466 static void
 467 pbuf_dtor(void *mem, int size, void *arg)
 468 {
 469         struct buf *bp = mem;
 470
 471         if (bp->b_rcred != NOCRED) {
 472                 crfree(bp->b_rcred);
 473                 bp->b_rcred = NOCRED;
 474         }
 475         if (bp->b_wcred != NOCRED) {
 476                 crfree(bp->b_wcred);
 477                 bp->b_wcred = NOCRED;
 478         }
 479
 480         BUF_UNLOCK(bp);
 481 }
 482
 483 static const char pbuf_wmesg[] = "pbufwait";
 484
 485 static int
 486 pbuf_init(void *mem, int size, int flags)
 487 {
 488         struct buf *bp = mem;
 489
 490         bp->b_kvabase = (void *)kva_alloc(ptoa(PBUF_PAGES));
 491         if (bp->b_kvabase == NULL)
 492                 return (ENOMEM);
 493         bp->b_kvasize = ptoa(PBUF_PAGES);
 494         BUF_LOCKINIT(bp, pbuf_wmesg);
 495         LIST_INIT(&bp->b_dep);
 496         bp->b_rcred = bp->b_wcred = NOCRED;
 497         bp->b_xflags = 0;
 498
 499         return (0);
 500 }
 501
 502 /*
 503  * Associate a p-buffer with a vnode.
 504  *
 505  * Also sets B_PAGING flag to indicate that vnode is not fully associated
 506  * with the buffer.  i.e. the bp has not been linked into the vnode or
 507  * ref-counted.
 508  */
 509 void
 510 pbgetvp(struct vnode *vp, struct buf *bp)
 511 {
 512
 513         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("pbgetvp: not free"));
 514         KASSERT(bp->b_bufobj == NULL, ("pbgetvp: not free (bufobj)"));
 515
 516         bp->b_vp = vp;
 517         bp->b_flags |= B_PAGING;
 518         bp->b_bufobj = &vp->v_bufobj;
 519 }
 520
 521 /*
 522  * Associate a p-buffer with a vnode.
 523  *
 524  * Also sets B_PAGING flag to indicate that vnode is not fully associated
 525  * with the buffer.  i.e. the bp has not been linked into the vnode or
 526  * ref-counted.
 527  */
 528 void
 529 pbgetbo(struct bufobj *bo, struct buf *bp)
 530 {
 531
 532         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("pbgetbo: not free (vnode)"));
 533         KASSERT(bp->b_bufobj == NULL, ("pbgetbo: not free (bufobj)"));
 534
 535         bp->b_flags |= B_PAGING;
 536         bp->b_bufobj = bo;
 537 }
 538
 539 /*
 540  * Disassociate a p-buffer from a vnode.
 541  */
 542 void
 543 pbrelvp(struct buf *bp)
 544 {
 545
 546         KASSERT(bp->b_vp != NULL, ("pbrelvp: NULL"));
 547         KASSERT(bp->b_bufobj != NULL, ("pbrelvp: NULL bufobj"));
 548         KASSERT((bp->b_xflags & (BX_VNDIRTY | BX_VNCLEAN)) == 0,
 549             ("pbrelvp: pager buf on vnode list."));
 550
 551         bp->b_vp = NULL;
 552         bp->b_bufobj = NULL;
 553         bp->b_flags &= ~B_PAGING;
 554 }
 555
 556 /*
 557  * Disassociate a p-buffer from a bufobj.
 558  */
 559 void
 560 pbrelbo(struct buf *bp)
 561 {
 562
 563         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("pbrelbo: vnode"));
 564         KASSERT(bp->b_bufobj != NULL, ("pbrelbo: NULL bufobj"));
 565         KASSERT((bp->b_xflags & (BX_VNDIRTY | BX_VNCLEAN)) == 0,
 566             ("pbrelbo: pager buf on vnode list."));
 567
 568         bp->b_bufobj = NULL;
 569         bp->b_flags &= ~B_PAGING;
 570 }
 571
 572 void
 573 vm_object_set_writeable_dirty(vm_object_t object)
 574 {
 575         pgo_set_writeable_dirty_t *method;
 576
 577         MPASS(object->type < nitems(pagertab));
 578
 579         method = pagertab[object->type]->pgo_set_writeable_dirty;
 580         if (method != NULL)
 581                 method(object);
 582 }
 583
 584 bool
 585 vm_object_mightbedirty(vm_object_t object)
 586 {
 587         pgo_mightbedirty_t *method;
 588
 589         MPASS(object->type < nitems(pagertab));
 590
 591         method = pagertab[object->type]->pgo_mightbedirty;
 592         if (method == NULL)
 593                 return (false);
 594         return (method(object));
 595 }
 596
 597 /*
 598  * Return the kvme type of the given object.
 599  * If vpp is not NULL, set it to the object's vm_object_vnode() or NULL.
 600  */
 601 int
 602 vm_object_kvme_type(vm_object_t object, struct vnode **vpp)
 603 {
 604         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
 605         MPASS(object->type < nitems(pagertab));
 606
 607         if (vpp != NULL)
 608                 *vpp = vm_object_vnode(object);
 609         return (pagertab[object->type]->pgo_kvme_type);
 610 }